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任守运:关于“质壁分离”的两个理解误区  

2014-06-05 11:17:36|  分类: 分子与细胞 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    在高中生物学中,“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验是非常重要的。这个实验在选材上要求活的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞,原因是其具有紫色大液泡,在显微观察时,便于通过液泡紫颜色范围大小,来判断液泡和原生质体体积的减小或增大,进而达到“观察植物细胞的质壁分离和复原”的目的。这是一个很科学的实验,就实验本身来说无懈可击,但是由于教材中没有对该实验作进一步的知识提升,导致相当多的师生在对“质壁分离”知识点的理解上出现偏差。

让我们先来看一个较常见的题目:下列细胞中能够发生质壁分离的细胞是( 

A. 人的成熟红细胞 B. 洋葱的根尖分生区细胞

C. 洋葱的表皮细胞 D. 细菌细胞

    在相当多的高三生物复习资料中,类似该题的答案往往给的是C。其主要原因是人的红细胞既无大液泡又无细胞壁、洋葱根尖分生区细胞无大液泡、细菌细胞不是植物细胞等。很明显,这里存在着对“质壁分离”知识点理解上的误区。

误区一:发生质壁分离的细胞一定具有大液泡。

    这是一个多年来一直存在的知识误区,甚至在高考题中都出现过。例如,1999年上海高考生物卷中41题最后一问:“不是该植物的所有生活细胞均可发生质壁分离,能发生质壁分离的细胞还必须具有 ”,答案是中央液泡或大液泡。故在平时教学中认为细胞中无大液泡是判断植物细胞能否发生质壁分离的一个前提。我们知道洋葱根尖分生区细胞中无大液泡,也就无所谓细胞液浓度,按照“发生质壁分离的细胞一定具有大液泡”的观点,其不可能发生质壁分离。但事实并非如此,笔者曾模拟“质壁分离实验”:首先配置不同质量浓度梯度的蔗糖溶液:0.3g/ml0.35g/ml0.4g/ml0.45g/ml……0.8g/ml。然后将洋葱的根尖分生区处做成徒手切片,再按照“质壁分离”实验步骤逐一仔细观察并记录,结果发现蔗糖溶液浓度在0.45g/ml以上,都可导致洋葱根尖分生区细胞发生质壁分离。看来问题的交叉点就在没有大液泡的植物细胞能否通过渗透作用失水。我们还是用上题中的一个选择答案:人的成熟红细胞来做一个显微观察实验(过程和结果如下图)。

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    分析实验结果表明,只要是活细胞,不管有没有大液泡,细胞照样能通过渗透作用吸水或失水,其原生质体体积就可以随着细胞的吸水或失水而增大或减小。由于红细胞无细胞壁,在高渗盐溶液中只能发生皱缩现象,而不能发生质壁分离等现象;同理,洋葱的根尖分生区细胞原生质体虽无大液泡但也能通过渗透作用吸水或失水,又因有细胞壁,故将其置于高渗溶液中当然会发生质壁分离。

     事实上我们还可以通过分析植物细胞的显微结构来说明上述观点。图甲为洋葱表皮细胞,其原生质层的最外面是细胞膜,渗透失水首先应从原生质层中的细胞质中散失,然后大液泡中的水分再渗透到细胞质,结果大液泡和原生质体的体积都在缩小(图乙)。就是说细胞通过渗透作用失水的直接原因是原生质层中自由水的散失。图丙为洋葱根尖分生区细胞,因无大液泡,也就无所谓原生质层,但由于其原生质中含有大量的自由水,并且在原生质体的最外面也是细胞膜,当外界溶液浓度较高时,原生质体照样通过细胞膜以渗透作用方式失水。失水越多,原生质体的体积收缩得越小,质壁分离现象越明显(图丁)。因此,笔者认为只要是活的植物细胞,置于相对的高渗溶液中都可发生质壁分离现象,只不过具有大液泡的植物细胞质壁分离现象较明显而已。

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误区二:只有植物细胞才能发生质壁分离

    质壁分离中的“壁”指的是细胞壁。植物细胞由于细胞壁的伸缩性比原生质层(体)的伸缩性小得多,所以随着细胞失水过多而出现质壁分离现象。高中阶段我们还学过一类微生物,包括细菌、放线菌和真菌,其细胞结构中也具有细胞壁,因此这类微生物处于高渗溶液中也会发生质壁分离现象。这些微生物吸水或失水的方式也是通过渗透作用进行的。日常生活中,人们利用高浓溶液进行防腐,其原理是使微生物细胞通过渗透作用失水发生质壁分离,严重的将致其死亡。所以盐渍的肉、鱼等不易变质就是因为在肉、鱼的表面有一层高浓度的盐溶液,细菌等微生物落在高浓度的盐溶液中会通过渗透作用失水而死亡。

   至此,我们再回头看上述题目的答案,就不止是C,还应有BD。因此我们在学习高中生物知识的过程中,一定要深入思考,联系整个高中阶段的教材,将知识学活,走出一些知识理解上的误区,真正做到学以致用。

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